Một số giải pháp hạn chế bồi lắng và xói lở hạ du khu vực hồ chứa Sơn La

NGHIÊN CỨU & TRAO ĐỔI<br /> <br /> MỘT SỐ GIẢI PHÁP HẠN CHẾ BỒI LẮNG VÀ XÓI LỞ<br /> HẠ DU KHU VỰC HỒ CHỨA SƠN LA<br /> TS. Nguyễn Kiên Dũng, CN. Đinh Xuân Trường<br /> Trung tâm Ứng dụng Công nghệ và Bồi dưỡng nghiệp vụ KTTV và Môi trường<br /> gày nay, cùng với sự phát triển kinh tế-xã hội, nhu cầu năng lượng điện ngày càng tăng, dẫn<br /> đến nhiều công trình thủy điện được chú trọng đầu tư xây dựng. Song song với các đập thủy điện<br /> được xây dựng, vấn đề bồi lắng, xói lở hạ lưu đập cũng ngày càng được quan tâm nghiên cứu và<br /> tìm các giải pháp khắc phục.<br /> Dự án thuỷ điện Sơn La là dự án thuỷ điện lớn nhất Việt Nam nằm trên sông Đà là một phụ lưu lớn của<br /> sông Hồng. Công trình được thiết kế xây dựng trên tuyến Pa Vinh nằm cách thị xã Sơn La 40 km có nhiệm vụ<br /> chính là phát điện và cắt lũ cho hồ Hoà Bình và vùng hạ du. Nguồn lợi do công trình thuỷ điện Sơn La mang lại<br /> cho đất nước là rất lớn, nên khi công trình hình thành và đi vào hoạt động nó đã và đang nhận được rất nhiều<br /> sự quan tâm của các nhà nghiên cứu nhằm đưa ra các giải pháp hạn chế bồi lắng và xói lở hạ du khu vực hồ<br /> chứa để công trình có thể đạt được hiệu suất và tuổi thọ tối đa. Bài báo nghiên cứu và đề xuất một số giải pháp<br /> hạn chế bồi lắng và xói lở hạ du khu vực hồ chứa Sơn La.<br /> <br /> N<br /> <br /> 1. Xói mòn lưu vực và giải pháp hạn chế<br /> a. Các nhân tố ảnh hưởng đến quá trình xói<br /> mòn lưu vực<br /> Xói mòn lưu vực và bồi lắng hồ chứa là hai quá<br /> trình có mối quan hệ khăng khít với nhau [1]. Xói<br /> mòn lưu vực tạo nguồn phù sa cho bồi lắng. Khi<br /> nghiên cứu bồi lắng cần nghiên cứu quá trình xói<br /> mòn và các nhân tố ảnh hưởng đến quá trình xói<br /> mòn như là:<br /> - Các nhân tố khí hậu, nhất là mưa, gió, độ ẩm, …<br /> - Các nhân tố mặt xói (mặt lưu vực): đặc tính đất,<br /> độ dốc, chiều dài sườn dốc, rừng và thảm thực<br /> vật…<br /> - Các nhân tố do hoạt động của con người trên<br /> lưu vực.<br /> b. Giải pháp hạn chế xói mòn lưu vực<br /> Một số biện pháp để hạn chế xói mòn lưu vực<br /> có thể nói đến như:<br /> - Biện pháp công trình: Kiểm soát sự chuyển<br /> động của nước mặt để giảm vận tốc dòng chảy, làm<br /> tăng khối lượng nước bề mặt, và xử lý một cách an<br /> toàn tiêu thoát lũ (Morgan, 1995) [2].<br /> - Bảo tồn cây và thực vật khác đã tồn tại gần khu<br /> vực xây dựng đập: Thảm thực vật cung cấp một mặt<br /> đệm để giảm tác động của dòng chảy có nguồn<br /> gốc từ các khu vực liên quan đến hoạt động xây<br /> <br /> 38<br /> <br /> TẠP CHÍ KHÍ TƯỢNG THỦY VĂN<br /> Số tháng 02 - 2014<br /> <br /> dựng.<br /> - Kiểm soát dòng chảy từ các công trường xây<br /> dựng và các lĩnh vực liên quan đến xây dựng: Trong<br /> quá trình xây dựng, các lớp đất đá bề mặt xâm nhập<br /> vào dòng chảy bề mặt, gây ảnh hưởng xấu đến<br /> nguồn cung cấp nước uống, hệ thống thủy lợi và<br /> hệ sinh thái sông (Peters, 1978) [2]. Cần kiểm soát<br /> dòng chảy của trầm tích và nước thải từ các công<br /> trường xây dựng.<br /> - Kiểm soát đất và nước chảy tràn bề mặt trong<br /> quá trình khai thác: Để ngăn chặn sự xâm nhập của<br /> trầm tích vào dòng chảy nước bề mặt, cần thực<br /> hiện: xác định các khu vực có độ dốc lớn, đất không<br /> ổn định, mật độ thực vật không đủ, không đủ hệ<br /> thống thoát nước, hoặc các điều kiện khác làm phát<br /> sinh một khả năng xói mòn cao để giảm dòng chảy<br /> từ các khu vực này (Hynson et al., 1985..) [1].<br /> - Xây dựng hệ thống bậc thang: Việc sử dụng các<br /> ruộng bậc thang là một phương pháp cổ xưa, nó<br /> làm giảm dòng chảy bề mặt bằng cách giữ nước ở<br /> các rãnh nhỏ và làm giảm tỉ lệ tạo rãnh nước xói.<br /> Không những thế, ruộng bậc thang còn chống lại<br /> trọng lực, làm gián đoạn xu hướng dòng chảy sườn<br /> dốc. Ruộng bậc thang được đánh giá cao trong việc<br /> bẫy đất và nước, được áp dụng cho sản xuất bền<br /> vững trên các vùng đất dốc.<br /> - Các hoạt động phải phù hợp với điều kiện về<br /> đất, khí hậu và địa hình: Hoạt động của con người<br /> Người đọc phản biện:<br /> <br /> NGHIÊN CỨU & TRAO ĐỔI<br /> mà không phù hợp với điều kiện khí hậu và địa hình<br /> có thể gây xói mòn lớn. Các biện pháp kiểm soát xói<br /> mòn cũng phải phù hợp với điều kiện địa phương,<br /> một số kỹ thuật kiểm soát xói mòn có thể tốt với<br /> khu vực này nhưng lại không hiệu quả với khu vực<br /> khác.<br /> <br /> lắng hồ chứa. Việc hạn chế bồi lắng phải được tiến<br /> hành ngay từ giai đoạn thiết kế xây dựng đến vận<br /> hành khai thác hồ chứa.<br /> Chiến lược để làm giảm bồi lắng hồ chứa: Chống<br /> xói mòn hoặc thiết kế bẫy bùn cát trước khi bùn cát<br /> <br /> - Hạn chế tối đa diện tích và thời gian đất bị xáo<br /> trộn: Tỷ lệ kết cấu đất bị xáo trộn càng nhiều thì khả<br /> năng xói lở càng lớn.<br /> <br /> đến đập và loại bỏ bùn cát ra khỏi hồ. Việc phục hồi<br /> <br /> - Bảo vệ diện tích đất được che phủ: Đất không<br /> được che phủ sẽ bị xói mòn bởi tác động của mưa<br /> trực tiếp. Bảo vệ công trình thiết kế trên sông bằng<br /> các vật liệu như bê tông, và chống xói lở thường<br /> xuyên bằng cách trồng thảm thực vật.<br /> <br /> Một số giải pháp hạn chế bồi lắng hồ chứa có<br /> <br /> - Tăng diện tích thảm phủ thực vật: Thảm thực<br /> vật tốt có khả năng bảo vệ lâu dài, chống xói mòn.<br /> - Tăng quá trình thấm: Mục đích là làm chậm<br /> dòng chảy, có thể thực hiện bằng cách điều chỉnh<br /> độ dốc, cải thiện cấu trúc của đất và độ thấm.<br /> - Quản lý độ dốc để ngăn chặn quá trình tập<br /> trung dòng chảy: Quá trình xói mòn kênh được gây<br /> ra và duy trì do dòng chảy tập trung trên đất dốc.<br /> Khả năng giảm thiểu xói mòn cũng có thể áp dụng<br /> biện pháp hạn chế chiều dài độ dốc và độ dốc.<br /> 2. Bồi lắng hồ chứa và giải pháp hạn chế<br /> a. Tác động của bồi lắng hồ chứa<br /> - Bồi lắng bùn cát làm giảm tuổi thọ công trình;<br /> - Bồi lắng bùn cát làm giảm dung tích hồ chứa;<br /> <br /> rừng đầu nguồn bị suy thoái có thể làm giảm đáng<br /> kể tốc độ bùn cát vận chuyển đến hồ chứa.<br /> <br /> thể kể đến như: Trồng rừng phòng hộ thượng lưu<br /> hồ, phủ xanh phần diện tích đất trống đồi núi trọc<br /> khu vực thượng lưu hồ chứa; Bảo vệ bờ hồ chống<br /> xói trượt, sạt bằng biện pháp như trồng tre, hoặc<br /> các biện pháp công trình như kè lát mái bờ hồ; Nạo<br /> hút lòng sông vùng cửa vào thượng lưu hồ, chống<br /> hiện tượng bồi lắng bùn cát lấp dòng chảy từ<br /> thượng lưu vào hồ; Xây dựng các bể lắng bùn cát<br /> vùng thượng lưu hồ làm giảm lượng bùn cát lơ<br /> lửng từ thượng lưu đổ vào hồ; Kiểm soát chặt chẽ<br /> việc khai thác quặng trong lưu vực hồ chứa; Cần có<br /> biện pháp tháo xả bùn cát có tính khả thi và hiệu<br /> quả; Quản lý chặt chẽ việc khai thác cát làm vật liệu<br /> xây dựng của các hộ tư nhân; Xây dựng các hồ<br /> chứa vừa tại các nhánh sông chủ yếu cấp nước trực<br /> tiếp cho hồ.<br /> Một số phương pháp cụ thể hạn chế bồi lắng<br /> hồ chứa cho hồ chứa Sơn La có thể áp dụng như<br /> <br /> - Quá trình bồi lắng bùn cát làm giảm chất lượng<br /> nước hồ chứa;<br /> <br /> sau: [3]<br /> <br /> - Gây nguy hiểm các công trình dẫn nước và mài<br /> mòn turbine;<br /> <br /> sông suối: Giảm lượng đất xói mòn; Gia tăng diện<br /> <br /> - Phương pháp giảm lượng bùn cát gia nhập<br /> tích thảm phủ thực vật; Quản lý các sườn núi để<br /> <br /> - Tác động đến hệ sinh thái;<br /> <br /> ngăn chặn sự tập trung dòng chảy; Chuẩn bị hệ<br /> <br /> - Ảnh hưởng đến du lịch;<br /> <br /> thống thoát nước để xử lý dòng chảy tập trung; Giữ<br /> <br /> - Ảnh hưởng về giao thông thủy;<br /> - Ảnh hưởng chínhcủa việc hình thành tam giác<br /> châu phía thượng lưu;<br /> - Ảnh hưởng đến khu vực hạ lưu.<br /> <br /> lượng bùn cát trước khi bùn cát di chuyển khỏi hồ;<br /> Bảo vệ và bảo tồn thực vật trong vùng đệm ven<br /> sông tự nhiên; Lập kế hoạch quan trắc và duy trì các<br /> biện pháp kiểm soát.<br /> - Kỹ thuật giảm lượng bùn cát bồi lắng trong hồ:<br /> <br /> b. Các giải pháp hạn chế bồi lắng hồ chứa<br /> <br /> Biện pháp công trình hoặc cơ khí; Biện pháp sử<br /> <br /> Hạn chế bồi lắng, duy trì và khôi phục dung tích<br /> hồ chứa là mục tiêu của nghiên cứu quá trình bồi<br /> <br /> dụng thực vật; Phương pháp lập kế hoạch chiến<br /> lược.<br /> TẠP CHÍ KHÍ TƯỢNG THỦY VĂN<br /> Số tháng 02 - 2014<br /> <br /> 39<br /> <br /> NGHIÊN CỨU & TRAO ĐỔI<br /> - Biện pháp quản lý bồi lắng:<br /> Việc quản lý bồi lắng cát bùn là việc sử dụng các<br /> biện pháp kỹ thuật để thực hiện các công việc sau:<br /> <br /> Hình 1. Công trình bẫy bùn cát dạng đập<br /> - Xây dựng công trình bẫy bùn cát: Bẫy bùn cát<br /> bởi các đập thủy điện là yếu tố quan trọng nhất<br /> kiểm soát bồi lắng trong nhiều hồ chứa. Tuy nhiên,<br /> phương pháp này có hai nhược điểm chính: Thứ<br /> nhất khả năng trầm tích lưu giữ tại hồ chứa thượng<br /> nguồn bị hạn chế; Thứ hai, hồ chứa thượng nguồn<br /> có thể làm thay đổi hoạt động của bẫy bùn cát ở hạ<br /> lưu.<br /> Trong điều kiện thuận lợi, bẫy bùn cát có thể là<br /> một phương pháp có hiệu quả cao trong việc giảm<br /> lượng bùn cát. Tuy nhiên, có một số bất lợi cho bẫy<br /> trầm tích như: Chi phí cao, phải chọn địa điểm xây<br /> dựng phù hợp… Một số công trình sử dụng bẫy<br /> bùn cát có thể kể đến là: Đập chống lũ, đập điều<br /> khiển hoặc ngưỡng gây bồi; Bể lắng đọng; Bể chứa<br /> trầm tích.<br /> <br /> Hình 2. Xả trầm tích không hạ thấp mực nước<br /> trước hồ<br /> 3. Xói lở lòng dẫn và giải pháp hạn chế<br /> a. Khái niệm và phương pháp tiếp cận<br /> Xói lở bờ sông là một hiện tượng tự nhiên, gắn<br /> liền với quá trình vận động và phát triển của sông.<br /> Xói lở bờ sông xảy ra do nhiều nguyên nhân với<br /> nhiều yếu tố ảnh hưởng, nhưng nhìn chung đều<br /> thuộc một trong hai nhóm nhân tố là: (1) Làm gia<br /> tăng khả năng gây xói lở của dòng nước và (2) Làm<br /> suy yếu sức chịu đựng của lòng dẫn trước tác động<br /> <br /> 40<br /> <br /> TẠP CHÍ KHÍ TƯỢNG THỦY VĂN<br /> Số tháng 02 - 2014<br /> <br /> + Giảm lượng cát bùn vận chuyển vào các hồ<br /> chứa: Có hai kỹ thuật để làm giảm lượng phù sa: 1)<br /> Biện pháp ứng phó để kiểm soát lưu lượng trầm<br /> tích toàn bộ lưu vực bao gồm cả việc xây dựng các<br /> đập chống xói mòn; 2) Biện pháp ứng phó để giữ<br /> trầm tích bằng cách xây dựng các đập kiểm soát tại<br /> mặt cắt cửa ra của hồ chứa.<br /> + Loại bỏ các dòng chảy cát bùn: Bên cạnh việc<br /> giảm phù sa dòng chảy chính, một cách tiếp cận<br /> khác là định tuyến dòng chảy trầm tích, như vậy sẽ<br /> không cho phép bùn cát tích tụ trong hồ chứa. Các<br /> kỹ thuật sau đây được áp dụng: 1) Loại bỏ trầm tích<br /> trực tiếp bằng cách chuyển hướng lưu lượng vận<br /> chuyển bùn cát và 2) Tập trung lưu lượng vận<br /> chuyển bùn cát.<br /> + Loại bỏ lớp bùn cát tích lũy trong hồ chứa:<br /> Cách tiếp cận này được coi như một phương pháp<br /> cuối cùng trong trường hợp trầm tích được tích lũy<br /> trong hồ chứa: 1) Sử dụng máy móc đào trầm tích<br /> tích tụ trong khu vực thượng nguồn của hồ chứa;<br /> 2) Nạo vét trầm tích tích lũy ở vùng trung lưu và hạ<br /> lưu và 3) Xả trầm tích.<br /> <br /> Hình 3. Xả trầm tích hạ thấp mực nước trước<br /> hồ<br /> của dòng nước cùng các tác động khác từ bên<br /> ngoài.<br /> Để hạn chế thiệt hại do xói lở bờ sông gây ra,<br /> giải pháp có tính triệt để là ngăn chặn những<br /> nguyên nhân gây ra xói lở, những nhân tố ảnh<br /> hướng xấu tới quá trình xói lở, tức là tìm giải pháp<br /> giảm nhỏ dòng nước, giảm khả năng gây xói lở của<br /> dòng nước và tìm biện pháp tăng cường sức kháng<br /> cự của bờ sông. Bên cạnh đó các giải pháp mang<br /> <br /> NGHIÊN CỨU & TRAO ĐỔI<br /> tính né tránh, giáo dục ý thức, nâng cao nhận thức<br /> cho cộng đồng xã hội về xói lở bờ sông cũng được<br /> giới chuyên môn coi trọng.<br /> <br /> bờ;<br /> - Giải pháp bị động chống xói lở bờ sông;<br /> - Giải pháp chủ động chống xói lở bờ sông.<br /> <br /> b. Phương pháp hạn chế xói lở<br /> <br /> 2) Phương pháp hạn chế xói lở hạ lưu đập<br /> <br /> 1) Phương pháp hạn chế xói lở lòng sông<br /> <br /> Phương pháp lá chắn (lớp thô hóa)<br /> <br /> Cơ chế gây xói lở bờ ở những đoạn sông khác<br /> nhau, vào các thời điểm khác nhau rất khác nhau,<br /> bởi vậy giải pháp giảm nhẹ thiệt hai do hiện tượng<br /> xói lở bờ sông cho từng vị trí, từng khu vực phải có<br /> nét đặc thù riêng, không thể ứng dụng một cách<br /> máy móc giải pháp ở vị trí này cho vị trí khác, từ con<br /> sông này đoạn sông này, cho con sông khác đoạn<br /> sông khác.<br /> Khi xét chọn giải pháp, phương án cho từng vị<br /> trí, từng khu vực cụ thể cần xem xét một cách toàn<br /> diện về điều kiện tự nhiên và các giải pháp, các<br /> phương án, xem xét đặc tính kỹ thuật cùng khả<br /> năng áp dụng từ đó mới có thể chọn được giải<br /> pháp phù hợp nhất, đem lại hiệu quả cao nhất.<br /> - Giải pháp ngăn ngừa điều kiện phát sinh xói lở<br /> bờ sông;<br /> - Giải pháp tránh né, di dời nhà cửa, cơ sở vật<br /> chất, ... ra khỏi các khu vưc có khả năng xảy ra xói lở<br /> <br /> Phương pháp này đặc biệt áp dụng nếu có đủ<br /> những tảng đá lớn hoặc các vật liệu dày. Do kích<br /> thước vật liệu đáy không đều, các hạt mịn hơn sẽ bị<br /> vận chuyển ở mức nhanh hơn các vật liệu thô hơn<br /> và vật liệu đáy còn lại trở nên thô hơn. Quá trình thô<br /> hóa này sẽ dừng lại khi một lớp vật liệu thô phủ<br /> hoàn toàn lên đáy sông và bảo vệ các vật liệu mịn<br /> hơn ở dưới nó khỏi bị vận chuyển. Sau khi quá trình<br /> này được hoàn thành, lòng sông bị thô hóa và lớp<br /> thô hơn đươc gọi là lớp thô hóa. Do sự thay đổi các<br /> điều kiện dòng chảy của sông tự nhiên, thường cần<br /> hơn một lớp vật liệu thô hóa để bảo vệ vật liệu mịn<br /> hơn ở dưới nó khỏi bị xói.<br /> Chiều dày lớp thô hóa yêu cầu thay đổi theo kích<br /> thước của vật liệu lớp thô hóa. Thông thường, chiều<br /> dày khoảng 2÷3 lần đường kính hạt lớp thô hóa<br /> hoặc 2 m là đủ. Sự suy thoái lòng dẫn có thể được<br /> tính toán dựa trên sự hình thành hoặc lớp thô hóa,<br /> hoặc độ dốc ổn định.<br /> <br /> Hình 4. Phác họa lớp thô hóa đáy lòng dẫn<br /> Phương pháp ổn định độ dốc<br /> Khi không đủ vật liệu thô để hình thành lớp thô<br /> hóa thì phương pháp ổn định độ dốc có thể được<br /> sử dụng để xác định độ dốc lòng sông phía hạ lưu.<br /> Phương pháp này căn cứ vào thể tích vật liệu được<br /> di chuyển. Độ dốc giới hạn hoặc độ dốc ổn định<br /> cuối cung có thể tính toán bằng phương trình vận<br /> chuyển bùn cát. Nếu có một đáy đá gốc ở hạ lưu<br /> <br /> hoặc có một sự kiểm soát khác, độ dốc giới hạn sẽ<br /> bắt đầu tại điểm đó và kéo dài theo chiều về phía<br /> thượng lưu.<br /> Độ dốc giới hạn có thể được tính từ độ dốc ban<br /> đầu của phương trình vận chuyển bùn cát hoặc độ<br /> dốc ban đầu của một tiêu chuẩn thiết kế kênh ổn<br /> định.<br /> <br /> TẠP CHÍ KHÍ TƯỢNG THỦY VĂN<br /> Số tháng 02 - 2014<br /> <br /> 41<br /> <br /> NGHIÊN CỨU & TRAO ĐỔI<br /> 4. Kết luận<br /> <br /> làm giảm quá trình bồi lắng lòng hồ, đặc biệt là quá<br /> <br /> Quá trình bồi lắng và xói lở hạ du khu vực hồ<br /> <br /> trình xói mòn lưu vực trong giai đoạn khi công trình<br /> <br /> chứa Sơn La đã và đang diễn ra khá nhanh và mạnh<br /> <br /> mới đi vào hoạt động như hiện nay, cũng như<br /> <br /> mẽ. Có rất nhiều nguyên nhân dẫn đến việc bồi<br /> <br /> nghiên cứu đưa ra các giải pháp hợp lý nhằm giảm<br /> <br /> lắng và xói lở đó, nên nhằm để nâng cao tuổi thọ<br /> <br /> thiểu quá trình xói lở hạ du đập sau một thời kì vận<br /> <br /> của hồ và hạ lưu hồ, cần tăng cường các biện pháp<br /> <br /> hành hồ chứa Sơn La.<br /> <br /> Hình 5. Phương pháp ổn định độ dốc<br /> <br /> Tài liệu tham khảo<br /> 1. Cao Đăng Dư và nnk (1992), Xói mòn lưu vực và bồi lắng hồ Hòa Bình, Báo cáo đề tài nghiên cứu khoa học<br /> Tổng cục Khí tượng Thủy văn, Hà Nội.<br /> 2. Vi Văn Vị , Phạm Văn Sơn, Trần Bích Nga và nnk (1985), Xói mòn lưu vực sông Đà và khả năng bồi lấp hồ<br /> Hòa Bình. Báo cáo đề tài nghiên cứu khoa học Tổng cục Khí tượng Thủy văn, Hà Nội.<br /> 3. Annandale G.W. (1987), Reservoir Sedimentation, Elsevier Science Publishers B.V/Science and Technology<br /> Division, Amsterdam, Netherlands.<br /> 4. Goldman S.J., Jackson K. and Bursztynsky A.T. (1986), Erosion and Sediment Control Handbook, McGrawHill, New York.<br /> 5. Julient P.Y. (1995), Erosion and Sedimentation, Cambridge University Press, Cambridge, U.K.<br /> <br /> 42<br /> <br /> TẠP CHÍ KHÍ TƯỢNG THỦY VĂN<br /> Số tháng 02 - 2014<br /> <br />